产γ氨基丁酸的乳酸菌菌株选育及其发酵条件优化

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1、浙江大学硕士学位论文摘要Y．氨基丁酸(Y．aminobutyricacid，简称GABA，也称氨酪酸)是中枢神经系统一种重要的抑制性神经递质，本文对产GABA的菌种选育和发酵过程进行了初步研究。从鲜奶中分离得到一株产GABAI掷L酸菌株hjxj一01，经初步鉴定为短乳杆菌。实验结果表明，此乳酸菌细胞具有合成GABA的能力。在此基础上，先后使用了紫外线和Y射线对出发菌株进行了诱变处理。最终得到一株高产突变株hjxj-08119，经连续传代12次，遗传性状稳定，GABA平均产量达到17g／L，较出发菌株hixi_0l提高142+9％。运用神经网络结合粒子群算法，对乳酸

2、菌产GABA的摇瓶发酵培养条件进行了优化。以Plackett．Burman设计对15个相关影响因素进行评价，并从中筛选出具有显著正效应的葡萄糖、L．谷氨酸钠(L．glutamicacidsodium，简称为L—MSG)和四水硫酸锰等三个因素，并通过逐一单因素实验确定这三个因素的合适取值区域。按照Hybrid设计，选取11组训练样本来建立人工神经网络(Artificialneuralnetwork，简称ANN)模型，结果表明，Hybrid设计选取样本比随意取样更合理，所建立的模型准确可靠，预测的平均误差为2．37％。最后依赖于模型由粒子群算法(Particleswa

3、rmoptimization，简称PSO)进行全局搜索寻优得到最优培养条件。在优化后的条件下，GABA积累浓度达至1]33．49，L，较优化前提高96．5％，同网络模型预测相比，误差仅为1．49％。优化了乳酸菌h两．08119产GABA的间歇发酵培养条件。首先对谷氨酸代谢流量分布进行估算，用来决定理论上控制哪几步局部代谢反应步骤对优化是有利的。研究发现，从谷氨酸转化为GABA和GABA转化琥珀酸这两步局部途径对GABA的摩尔得率和积累速率有重要影响。接着对可能影响途径相关酶(谷氨酸脱羧酶、GABA转氨酶和琥珀酸半醛脱氢酶)活性的23个因素做了进-步优化研究。通过P

4、ackett-Burman设计、Hybriddesigns、人工神经网络和PSO等优化方法分析得知，FeCl3年N磷酸毗哆醛(pyridoxalphosphate，简称PLP)浓度，以及pH值对GABA的摩尔得率有重大影响，当间歇发酵20h时控制这三个变量水平为：浙江大学硕士学位论文摘要pH=5．08、c(FeC13)=5．1(rrtmol／L)、c(PLP)=O．71(mmol／L)，发酵20h至40h的aABA摩尔得率和积累速率将分别提高了13．1％和45．9％。另外，以优化得到的间歇发酵条件为基础，分批补料发酵中添加葡萄糖和L，MSG，在发酵终止91．5h时

5、，GABA积累浓度达到107．5g／L。采用粒子群算法求解动力学基本参数，建立了乳酸菌hjxj一08119问歇发酵过程中的菌体生长、葡萄糖消耗、外源前体L—MSG消耗和GABA积累的非结构动力学模型，以期为分批补料发酵提供理论基础。关键词：v．氨基丁酸，诱变，优化，Plackett．Burman设计，Hybrid设计，神经网络，粒子群算法，发酵动力学Ⅱ浙江大学硕士学位论文AbstraotAbstractY-aminobutyricacid(GABA)isamajorinhibitoryneurotransmitterinthecentralnervoussyste

6、m．Inthispaper，GABA—producingstrainbreedingandfermentationgprocesswerestudied．AGABA-·yieldingstrainhjxj-01wasisolatedfromthemilksamplesandidentifiedasLactobacillusbrevis．ItwasshownthatLactobacillusbrevishN一01hadtheablityofproducingGABA．Then，UVand60Coy-rayswereusedtotreattheoriginalstra

7、in．Afterseveraltimesofmutagenesis，amutantstrainhjxj-08119wasbredbyGABAresistanceselection．Moreover，theGABA-producingcapacitycouldbemaintainedstablyafter12generations．ThefermentationresultsindicatedthattheaverageyieldofGABAwas17g／L．whichwasincreased142．9％comparedwiththatoftheoriginstra

8、inhjx